Гликобиология - Glycobiology

Для журнала см. Гликобиология (журнал) .

В самом узком смысле гликобиология - это изучение структуры, биосинтеза и биологии сахаридов ( сахарных цепей или гликанов ), которые широко распространены в природе. Сахара или сахариды являются важными компонентами всех живых существ, и аспекты различных ролей, которые они играют в биологии, исследуются в различных медицинских, биохимических и биотехнологических областях.

История

Согласно Оксфордскому словарю английского языка, конкретный термин гликобиология был придуман в 1988 году профессором Раймондом Двеком, чтобы обозначить слияние традиционных дисциплин химии углеводов и биохимии . Это сближение было в результате гораздо более глубокое понимание клеточной и молекулярной биологии в гликанах . Однако еще в конце девятнадцатого века Эмиль Фишер предпринял новаторские попытки установить структуру некоторых основных молекул сахара.

Гликоконъюгаты

Основные статьи: Гликоконъюгаты и гликозилирование

Сахара могут быть связаны с другими типами биологических молекул с образованием гликоконъюгатов. Ферментативный процесс гликозилирования создает сахара / сахариды, связанные с самими собой и с другими молекулами гликозидной связью, тем самым производя гликаны. Гликопротеины , протеогликаны и гликолипиды являются наиболее распространенными гликоконъюгатами, обнаруженными в клетках млекопитающих. Они находятся преимущественно на внешней клеточной мембране и в секретируемых жидкостях. Было показано, что гликоконъюгаты играют важную роль во взаимодействиях между клетками из-за присутствия на клеточной поверхности различных рецепторов, связывающих гликаны, в дополнение к самим гликоконъюгатам. В дополнение к их функции в сворачивании белка и прикреплении к клетке, N-связанные гликаны белка могут модулировать функцию белка, в некоторых случаях действуя как переключатель включения-выключения.

Гликомикс

Основная статья: Гликомикс

« Гликомика , аналогичная геномике и протеомике , представляет собой систематическое изучение всех гликановых структур данного типа клеток или организма» и является подмножеством гликобиологии.

Проблемы изучения сахарных структур

Часть изменчивости видели в сахаридных структур происходит потому , что моносахарид блоки могут быть соединены друг с другом по - разному, в отличие от аминокислот из белков или нуклеотидов в ДНК , которые всегда соединены друг с другом стандартным способом. Изучение структур гликанов также осложняется отсутствием прямой матрицы для их биосинтеза, в отличие от белков, где их аминокислотная последовательность определяется соответствующим геном .

Гликаны являются вторичными генными продуктами и поэтому образуются в результате скоординированного действия многих ферментов в субклеточных компартментах клетки. Поскольку структура гликана может зависеть от экспрессии , активности и доступности различных биосинтетических ферментов, невозможно использовать технологию рекомбинантной ДНК для производства больших количеств гликанов для структурных и функциональных исследований, как это имеет место для белков.

Современные инструменты и методы для предсказания структуры гликанов и изучения гликановых лигандов

Передовые аналитические инструменты и программное обеспечение, при использовании в сочетании, могут раскрыть тайну гликановых структур. Современные методы структурной аннотации и анализа гликанов включают жидкостную хроматографию (ЖХ), капиллярный электрофорез (СЕ), масс-спектрометрию (МС), ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и лектиновые матрицы.

Одним из наиболее широко используемых методов является масс-спектрометрия, в которой используются три основных блока: ионизатор, анализатор и детектор.

Массивы гликанов, подобные тем, которые предлагаются Консорциумом функциональной гликомики и Z Biotech LLC, содержат углеводные соединения, которые можно проверять с помощью лектинов или антител для определения специфичности углеводов и идентификации лигандов.

Мониторинг множественных реакций (MRM)

MRM - это метод, основанный на масс-спектрометрии, который недавно был использован для профилирования сайт-специфичного глиозилирования. Хотя MRM широко используется в метаболомике и протеомике, его высокая чувствительность и линейный ответ в широком динамическом диапазоне делают его особенно подходящим для исследования и открытия гликановых биомаркеров. MRM выполняется на приборе с тройным квадруполем (QqQ), который настроен на обнаружение заранее определенного иона-предшественника в первом квадруполе, фрагментированного в квадруполе столкновений и заранее определенного фрагментированного иона в третьем квадруполе. Это метод без сканирования, в котором каждый переход обнаруживается индивидуально, а обнаружение множества переходов происходит одновременно в рабочих циклах. Этот метод используется для характеристики иммунного гликома.

Медицина

Лекарства, уже имеющиеся на рынке, такие как гепарин , эритропоэтин и некоторые противогриппозные препараты, доказали свою эффективность и подчеркивают важность гликанов как нового класса лекарств. Кроме того, поиск новых противораковых препаратов открывает новые возможности в гликобиологии. Противораковые препараты с новыми и разнообразными механизмами действия вместе с противовоспалительными и противоинфекционными препаратами сегодня проходят клинические испытания. Они могут облегчить или завершить текущую терапию. Хотя эти гликаны представляют собой молекулы, которые трудно синтезировать воспроизводимым способом из-за их сложной структуры, эта новая область исследований весьма обнадеживает на будущее.

Кожа

Гликобиология, недавние разработки которой стали возможны благодаря последним технологическим достижениям, помогает дать более конкретное и точное понимание старения кожи. В настоящее время четко установлено, что гликаны являются основными составляющими кожи и играют решающую роль в гомеостазе кожи.

  • Они играют решающую роль в распознавании молекул и клеток, они действуют, в первую очередь, на поверхности клеток, доставляя биологические сообщения.
  • Они способствуют метаболизму клеток: синтезу, пролиферации и дифференцировке.
  • Они играют определенную роль в структуре и архитектуре тканей.

Гликаны, необходимые для правильного функционирования кожи, в процессе старения претерпевают как качественные, так и количественные изменения. Нарушаются функции коммуникации и обмена веществ, разрушается архитектура кожи.

Смотрите также

Рекомендации

http://www.healthcanal.com/medical-breakthroughs/22037-UGA-scientists-team-define-first-ever-sequence-biologic-important-carbohydrate.html

Внешние ссылки